JPS61183140A

JPS61183140A - 光フアイバ母材の製造方法

Info

Publication number: JPS61183140A
Application number: JP60023486A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Suda; 裕之須田; Shuichi Shibata; 修一柴田; Motohiro Nakahara; 基博中原
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-02-12
Filing date: 1985-02-12
Publication date: 1986-08-15
Also published as: JPH0331657B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野］本発明は高品質な大形の光ファイバ母材を高速度で安定
に製造する光ファイバ母材の製造方法に関するものであ
る。

［従来技術］従来、光ファイバ用母材を製造する方法としては、ＭＣ
ＶＤ法（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐ
ｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉ。

ｎ　）　　、ＯＶＤ法（Ｏｕｔｓｉｄｅ　Ｖａｐｏｒ　
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）　　、ＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ−
ｐｈａｓｅ　Ａｘｉａｌ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等が
知られており、これらの方法によって光伝送損失の低い
光ファイバが製造されている。これら製造方法のうち、
　ＶＡＤ法では、ガラス微粒子からなる多孔質母材を合
成する工程と、その多孔質母材を透明ガラス化する工程
とを有する。多孔質母材を合成する工程は、火炎内にガ
ラス原料を供給し、これを分解してガラス微粒子を生成
させ、そのガラス微粒子を出発材に堆積させることによ
り実施される。

透明ガラス化の工程はガラス中に含まれる水分を除去す
るための処理とともに行われる。

ＶＡＤ法は、原料である堪化物等の高純度化が容易なこ
とから高純度のガラス母材を合成でき。

いったん多孔質母材の形態をとるために透明ガラス化す
る際に、光の吸収損失の最大の原因となる水酸基が容易
に除去できる等の長所を有し、高品質の光ファイバを製
造するための有力な製造方法となっている。

光ファイバ母材を線引きして得られる光ファイバは、少
なくとも光の伝播するコアの部分と、それを包むクラッ
ドの部分とを有するで、母材においても、組成の異なる
ガラス微粒子を所望の光ファイバ構造と相似の形となる
ように堆積させる。

ところで、光ファイバ内での光の伝播状態を決める要素
にはコアの径、コアとクラッドの屈折率差、屈折率分布
等があり、これらの要素の組み合わせにより種々所望の
特性を有した光ファイバを実現している。

従来、コア径の制御は母材の径制御により行っている。

屈折率差および屈折率分布の制御は屈折率制御用に加え
られる添加物の濃度分布の制御によりなされている。こ
こで、添加物として用いられるものとしては、代表的に
はＢユ０３　、　　ＧｅＯ２。

ＴｉＯ２）Ｐ２Ｏ３等がある。このうち、ＧｅＯ２につ
いては合成中の母材の成長面での温度分布によりその添
加濃度が決まることが知られている（　Ｓ、５ｕｄｏら
による’Ｒｅｆｌａｃｔｉｖｅ−Ｉｎｄｅｘ　Ｐｒｏｆ
ｉｌｅＣｏｎｔｒｏｌ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｉｎ　
ｔｈｅ　Ｖａｐｏｒ−Ｐｈａｓｅ　ＡｘｉａｌＤｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ”　、　Ｔｈｅ　Ｔｒａｎ
ｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆｔｈｅ　ＩＥＣＥ　ｏｆ　Ｊａ
ｐａｎ、　Ｖａｔ、　Ｅ８４．　Ｎｏ、８．　Ａｎｇｕ
ｓｔ１９８１、　ｐｐ、５３Ｂ−５４３）。

第１図はＳ　ｉ０２の原料としてのＳｉ０文。に、添加
物の原料としてのＧｅＣ１４を加えてバーナ内に導入し
たときに堆積する多孔質母材の表面温度と　ＧｅＯ２の
添加量との関係を示す。表面温度が５００℃〜８００℃
の望域では、屈折率差を与えるのに有効な固溶性のＧｅ
Ｏ２が温度に比例して添加される（電子通信学会論文誌
、Ｖｏｌ、Ｊ６５−Ｃ，Ｎｏ、４゜Ｐ２９２〜２９１３
（１９８２）参照）。

この関係を利用し、従来のＶＡＤ法においては、ガラス
原料および添加物原料を導入した合成用バーナと、合成
中の多孔質母材との位置関係および合成用バーナへの可
燃性ガスおよび支燃性ガスの供給量の制御により、合成
中の多孔質母材の堆積部分の表面温度分布を所望のもの
となして、屈折率差および屈折率分布を制御することに
より光ファイバ用を合成している（特願昭５５−７５９
３４号またはこれに対応する米国特許第４．３１３７．
０８５号）。

また、従来のＶＡＤ法には、ガラス微粒子合成用バーナ
に供給する原料を増加して行くと、火炎内での分解反応
が十分に行われず、ガラス微粒子の堆積速度がある値（
１，７ｇ／ｓｉｎ程度）より大きくならない問題点があ
った。したがって、特にコア径とクラツド径との比の大
きいシングルモードファイバ用の母材をすべて多孔質母
材から合成しようとすると、バーナを多段に用いる必要
があり、製造工程の制御が難かしくなるとともに製造時
間の短縮が困難であった。

これを解決する１つの方法として、ガラス原料の反応効
率等を改善させるために、火炎を多重化することが考え
られている。すなわち、火炎を二重にし、その内側火炎
を退行させることにより実効火炎長を増加させてガラス
微粒子粒径を制御するバーナが特願昭５８−２１９３８
０号の「ガラス微粒子合成用バーナ」において提案され
ている。

このような二重火炎バーナの構造を第２図に示す。第２
図において、１は内側火炎用ガラス原料供給口、２は内
側火炎用ガラス原料供給口ｌの周囲に配置した内側火炎
用燃焼ガス供給口、３は内側火炎用燃焼ガス供給０２の
周囲に配置した外側火炎用ガラス原料供給口、４は外側
火炎用ガラス原料供給口３の周囲に配置した外側火炎用
燃焼ガス供給口である。５は内側火炎用ノズル、６は外
側火炎用ノズルであり、内側火炎用ノズル５と外側火炎
用ノズル６とは独立している。７は内側火炎８内で反応
しているガラス原料層、９は外側火炎、１０は生成され
たガラス微粒子、！！は成長しつつある多孔質母材を示
している。ａは内側火炎の火炎長、ｂは内側および外側
火炎から成る二重大炎の火炎長を示す、ここで、内側火
炎用ノズル５を外側火炎用ノズル６より引込めて配置可
能とすることにより、内側火炎８が外側火炎８より距離
文だけ退行可能なように構成し、退行圧＃文をガラス原
料の供給量に応じて調節できるようにしである。

このように内側火炎８を外側火炎９より退行させること
により、実効火炎長はｂに長くなり、したがって、ガラ
ス微粒子の火炎内での滞留時間が長くなるから、ガラス
微粒子の粒径が平均粒径０．２　ｐＬｍ以上に大きくな
る。しかもまた、供給されるガラス原料を増大させても
、火炎内での反応時間が長くなるので、反応効率は低下
せず合成速度が増加する。

このような多重火炎バーナを用いてガラス微粒子を堆積
させると、火炎中で合成されるガラス微粒子量が多く、
かつ粒径が大きいことにより、付着効率の高いこととあ
いまって、大径で、かつかさ密度の大きい多孔質母材が
得られる。

このような特性により、こり多重火炎バーナを多孔質母
材のクラッド部の合成用に用いると、コア径／クラツド
径比の大きな多孔質母材を高速で製造することが可能で
ある。

また、この多重火炎バーナをコア部の合成にも用いれば
、コア径／クラツド径比の大きくないファイバ用の母材
の合成が高速化されることは明らかであるが、その場合
に、多重火炎バーナにガラス原料および添加物原料を供
給して、コアとなる部分の母材内での添加物濃度分布を
制御する技術は確立されていない。

［目　的］そこで、本発明の目的は、多重火炎バーナを用いて多孔
質母材を合成するにあたり、屈折率差を付与するための
添加物質の濃度分布を再現性よく制御して、大形の多孔
質母材を高速度でしかも安定にかつ再現性よく製造する
光ファイバ母材の製造方法を提供することにある。

［発明の構成］このような目的を達成するために１本発明では、火炎内
でガラス原料を分解してガラス微粒子を形成し、ガラス
微粒子を堆積させて多孔質母材を形成し、多孔質母材を
透明ガラス化して光ファイバ母材を形成する光ファイバ
母材の製造方法において、ガラス原料を供給する原料供
給用ノズルと、原料供給用ノズルのまわりに順次に配置
され、それぞれ、個別の火炎流を順次に形成する複数の
火炎形成用ノズルとを有するバーナを用い、バーナの複
数の火炎形成用ノズルに供給する可燃性ガスの流量比お
よび総流量を所定の添加物質濃度分布に対応して調整し
、複数の火炎流のうち、一の火炎流を当該一の火炎流よ
り外側の火炎流に対して退行させて得られる多重火炎中
にガラス原料を供給してガラス微粒子を生成し、ガラス
微粒子を出発材に堆積させて多孔質母材を成長させるこ
とを特徴とする。

［実施例］以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明では、多重火炎バーナにおける各火炎部分を形成
するノズル群中に供給する可燃性ガスの流量およびその
比率を調整するが、以下に大発明の実施例について述べ
る。

実施例１本実施例は、大径の二酸化ゲルマニウムを添加したコア
用大形多孔質母材を作製したものであり、その際の多重
大炎／曳−すにおける屈折率分布の制御法について述べ
る。

多重火炎バーナとして、第３図に示す多重管の形態の２
重火炎バーナを用いた。ここで、２１はガラス原料供給
用ノズル、２２はＨ２やプロパン、ブタンなどの炭化水
素系燃料などの可燃性ガス供給用ノズル、２３はＡｒ、
Ｈｅ　、８２などの不活性ガス供給用ノズル、２４は０
２などの支燃性ガス供給用ノズル、２５は不活性ガス供
給用ノズルである。これらノズル２２〜２５をノズル２
１のまわりにこの順序で同心円状に配置して内側多重ノ
ズルとなし、可燃性ガスおよび支燃性ガスにより内側火
炎を形成する。さらに、２６は外側ガラス原料（または
不活性ガス）供給用ノズル、２７は可燃性ガス供給用ノ
ズル、２８は不活性ガス供給用ノズル、２９は支燃性ガ
ス供給用ノズルであり、これらノズル２６〜２９をノズ
ル２５のまわりにこの順序で同心円状に配置して外側多
重ノズルとなし、可燃性ガスおよび支燃性ガスにより外
側火炎を形成する。ここで、内側多重ノズルを外側多重
ノズルよりも距離文だけ退行させる。３０は外側多重ノ
ズルのまわりに配置したフードである。なお、ノズル２
５と２６とは１つのノズルで置き換えてもよい。

第３図示の２重火炎バーナにおいて、バーナ径は５３Ｉ
ＩＩＩｌ、退行距離２寓８０ｍｍとし、このバーナに対
して本発明を適用してガス流量およびガス流量比率を調
整して多孔質母材作製を行った。

可燃性ガスとして水素ガスを使用し、水素ガス以外のガ
ス流量および外側火炎の水素ガス流量を２２立／ｗｉｎ
で一定にし、内側火炎の水素ガス流量を変化させた場合
の多孔質母材温度分布を第４図に示す、この温度分布は
、多孔質母材中心軸方向の温度を放射温度計により測定
した結果である。

第４図かられかるように、水素ガス流量比を変化させる
ことにより温度分布を調節できる。内側水素ガス流量が
少ないと中心部分は平担な温度分布になり、逆に内側水
素ガス流量が多いと急峻な温度分布になる。（内側火炎
水素ガス流量）：（外側火炎水素ガス流量比）＝Ｌ：１
０の場合に得られた屈折率分布はステップ状であった。

流量比＝５：１０の場合には変曲点のない滑らかな温度
分布曲線が得られ、この条件で作製した母材においては
、はぼ放物線に近いグレーデッド形の屈折率分布を実現
できた。

得られた母材から、外径１２５　ｐ、、ｔｓ、コア径５
０ｇｍおよび比屈折率差１％のファイバを線引きした場
合の帯域特性を調べた。水素ガス流量比１：ｌＯの場合
の母材から線引きして得た光ファイバでは、帯域特性は
４０ＭＨｚ　＠ｋｍ　（波長１．３　ｇａｐ）であった
が、水素ガス流量比５：ｌＯの場合には、帯域特性は８
ＱＱＭ）ｌｚ・ｋｍ　（波長１．３　ｐｍ）ノ値が得ら
レタ。

第１図を参照して説明したように、表面温度分布を二酸
化ゲルマニウム濃度分布に精度よく反映させるためには
、表面温度を適当な温度範囲に設定する必要がある。

そこで、本実施例では、所望の水素ガス流量比を維持し
たまま、水素ガス総流量を変化させることにより、かか
る表面温度を調節して、先端表面温度を約７００″Ｃに
設定した。

この多孔質母材は直径約１３０１１１ｍと大形であるた
め、透明ガラス化処理にあたっては、１３００℃でいっ
たん収縮させ（塩素系脱水剤により脱水もこの時に行う
）、その後約１５５０℃で透明化する２段階透明ガラス
化法を適用した。これによって、光学的にすぐれた透明
ガラス母材が得られた。この母材を延伸後、ジャケット
管に挿入して、線引きを行い光ファイバを作製したとき
に上述の特性が得られた。

実施例２本実施例は、全合成グレーデッド形母材用のコア部分を
多重火炎バーナで作製する場合の屈折率分布制御法につ
いて述べたものであり、コア／クラツド比を調整するた
めに、実施例１のような大径ではなく、直径５０〜８０
ｍ＋ａの多孔質母材を得る必要がある。ここで、直径５
０〜ｅＯｍｍの多孔質母材であれば、従来の一重火炎バ
ーナでも作製可能であるが、多重火炎にすることにより
、引上げ速度（すなわち、軸方向の成長速度）が向上し
、合成速度が増加する。

第５図に示すように、コア合成用に第３図示の構造をも
ち、直径３ｈｍの細径の２重火炎バーナ４１を使用し、
クラッド合成用には第３図に示した構造を持ち、直径５
３ｍｍの２重火炎バーナ４２を使用して、全合成グレー
デッド形母材を作製した。ここで、バーナ４１は垂直方
向に対して２０″〜４５°の範囲、例えば３０′″傾け
、バーナ４２は垂直方向に対して４５″〜９０°の範囲
、例えば７０”傾けた。このような傾きは、バーナ４１
に関しては、ガラス原料流の流れが安定になるように考
慮し、バーナ４２に関しては、コア部とクラッド部との
界面が急激な形状変化および密度変化を生じないように
考慮して定めた。４３は排気口である。４４および４５
は、それぞれ、得られた母材のコア部およびクラッド部
である。

コア合成用細径２重火炎バーナ４１に、ガラス原料とし
て、　　５ｉＣｊＬａを流速４５０ｃｃ／ｗｉｎで、Ｇ
ｅＣｌ。を流速４０ｃｃ／ｗｉｎで供給した。多孔質母
材のコア部４４の直径は５５１１！１１であり、引上げ
速度が従来の一重火炎バーナの場合の１．６倍となった
。その結果、コア／クラツド比を調節するためには、ク
ラッド合成用２重火炎バーナ４２に対して流速２５００
ｃｃ／鵬ｉｎで５ｉＣＩＬａを供給する必要があり、多
孔質母材の外径は１４０ｍｍとなった。引上げ速度（す
なわち、軸方向の成長速度）が速くなり、合成速度とし
て５ｇ／腸ｉｎの値が得られた。

本実施例においても、コア合成用細径２重火炎バーナの
内側火炎部に与える水素ガス流量と外側火炎部に与える
水素ガス流量との比は、実施例１と同様に５＝１０とし
、水素ガス総流量を変化させることにより、先端表面温
度を約７００℃に設定した。

このようにして得られた母材を透明ガラス化して、外径
１２５　ｇｔｓおよびコア径５ｏＩＬ１１の光ファイバ
に線引きした。これにより得られた光ファイバの伝送損
失は０．４０ｄＢ／ｋｍ　　（波長１．５５ｇｍ）、伝
送帯域は９８０ＭＨｚ　−ｋｍ　（波長１．３　ｐｍ）
であり、すぐれた特性が得られた。

以上のように、全合成光ファイバ母材においても、水素
ガス流量比および水素ガス総流量を調節することにより
、伝送帯域のすぐれた母材を高速にしかも安定に製造で
きることが明らかになった。

以上の実施例に示したように、主に水素ガス流量比を変
化させることにより、表面温度分布形状を調節でき、水
素ガス総流量を変化させることにより先端表面温度を調
節できる。このような調節により、任意所望の屈折率分
布が得られる。

また、バーナ構造から明らかなように、内側火炎口の外
側火炎口までの退行圧ａＩ！Ｌが変化すれば、所望の温
度分布を得るための水素ガス流量比は変化する。

しかしながら、多重火炎バーナの退行距離および寸法が
異なる場合においても、表面温度分布を測定しながら内
側火炎および外側火炎水素ガス流量比を調節することに
より、任意所望する屈折率分布が得られる。

以上の実施例では、コア合成用の２重火炎バーナの内側
ノズルにのみ、ガラス原料および添加物原料を導入した
場合について述べたが、２重火炎バーナでは、外側ノズ
ルにも原料を供給することができる。外側ノズルに導入
されたガラス原料については、火炎中での滞留時間は従
来のバーナと大差がないので、粒径が大きくなる効果は
ないものの、全体としての堆積量の増加には寄与する。

本発明において、外側ノズルにもガラス原料を導入する
ことによって、多孔質母材の堆積速度が増加するととも
に、添加物の濃度分布において、外側の部分（コアとク
ラッドの境界の部分）での分布がなだらかになることが
明らかになった。このような効果は、必要に応じて補助
的に用いることにより、屈折率分布制御の任意性を向上
させるのに有用である。

［効　果］以上説明したように、本発明によれば、多重火炎バーナ
の内側および外側火炎用ノズルに供給する水素ガスなど
の可燃性ガスの流量比および総流量を調整することによ
って、任童所望の屈折率分布を定めることができる。

しかもまた、本発明は多重火炎バーナをコア部分の合成
に用いる場合にも適用することができ、伝送帯域特性の
良好な光ファイバが高速かつ高収率で得られ、したがっ
て、光ファイバ価格の低廉化に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は屈折率付与物質としての二酸化ゲルマニウム濃
度の表面温度依存性を示す特性図、第２図は２重火炎バ
ーナの構造の概略図、第３図は２重火炎バーナの一実施
例を示す断面図、第４図は本発明における内側火炎と外側火炎とにおける
水素ガスの流量比を変化させたときの多孔質母材表面温
度分布を示す分布図、第５図は全合成母材を作製する場合を示す模式１・・・
内側火炎用ガラス原料供給口、２・・・内側火炎用燃焼
ガス供給口、３・・・外側火炎用ガラス原料供給口、４・・・外側火
炎用燃焼ガス供給口、丙５・・・メ側火炎用ノズル。６・・・外側火炎用ノズル、７・・・ガラス原料層、８・・・内側火炎、９・・・外側火炎、１０・・・生成したガラス微粒子、１１・・・多孔質母材、２１・・・ガラス原料供給用ノズル、２２・・・可燃性ガス供給用ノズル、２３・・・不活性ガス供給用ノズル、２４・・・支燃性ガス供給用ノズル、２７・・・可燃性ガス供給用ノズル、２８・・・不活性ガス供給用ノズル、２９・・・支燃性ガス供給用ノズル、３０・・・フード゛、４１．４２・・・２重火炎バーナ。４３・・・排気口、４４・・・コア部、４５・・・クラッド部、

Claims

【特許請求の範囲】１）火炎内でガラス原料を分解してガラス微粒子を形成
し、該ガラス微粒子を堆積させて多孔質母材を形成し、
該多孔質母材を透明ガラス化して光ファイバ母材を形成
する光ファイバ母材の製造方法において、ガラス原料を供給する原料供給用ノズルと、該原料供給
用ノズルのまわりに順次に配置され、それぞれ、個別の
火炎流を順次に形成する複数の火炎形成用ノズルとを有
するバーナを用い、前記バーナの複数の火炎形成用ノズ
ルに供給する可燃性ガスの流量比および総流量を所定の
添加物質濃度分布に対応して調整し、前記複数の火炎流のうち、一の火炎流を当該一の火炎流
より外側の火炎流に対して退行させて得られる多重火炎
中に前記ガラス原料を供給してガラス微粒子を生成し、該ガラス微粒子を出発材に堆積させて多孔質母材を成長
させることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。２）特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ母材の製造
方法において、前記複数の火炎用ノズルは、それぞれ、
少なくとも原料供給用、不活性ガス供給用、可燃性ガス
供給用および支燃性ガス供給用ノズルを有し、前記一の
火炎流を形成するノズルは当該ノズルより外側の火炎用
ノズルに対して退行可能な構造を有することを特徴とす
る光ファイバ母材の製造方法。